(57)【要約】【課題】複数のジェットファンで構成されたトンネル換気システムにおいて、台数制御の課題、すなわち、複数台のジェットファンを全て同一の風量で運転するため、過剰な換気を行っている場合があり、必要換気量に対して効率良く適切な換気を行うトンネル換気システムを提供する。【解決手段】ジェットファン１を複数台用いたトンネル換気システムにおいて、必要換気量を算出する必要換気量演算部２ａと、必要換気量に応じてジェットファン１に回転数指令を発する制御手段２ｂとを有し、制御手段２ｂは、各ジェットファン１の最大効率時の出力風量を記憶し、各ジェットファン１に対して運転指令を発するときには、ジェットファン１の運転風量の積算値が必要換気量よりも大きくなるように、かつ、各ジェットファン１の最大効率点で運転するように指令することにより、全体的な換気風量の過剰を抑制しつつ、効率良い換気を実現する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路トンネルの天井に設置され、円筒状ケーシング内に電動機とこの電動機の回転軸に装着した羽根車とを備えたジェットファンを複数台用いたトンネル換気システムにおいて、
必要換気量を算出する換気量算出手段と、
必要換気量に応じてジェットファンに回転数指令を発する制御手段とを有し、
前記制御手段は、各ジェットファンの最大効率時の出力風量を記憶し、
各ジェットファンに対して運転指令を発するときには、ジェットファンの運転風量の積算値が必要換気量よりも大きくなるように、かつ、各ジェットファンの最大効率点で運転するように指令するトンネル換気システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記各ジェットファンが同一の定格性能を有している場合には、
最大効率で運転した場合の運転風量の倍数が必要換気量よりも大きくなるように、前記各ジェットファンを運転するように指令することを特徴とする請求項１に記載のトンネル換気システム。
【請求項３】
道路トンネルの天井に設置され、円筒状ケーシング内に電動機とこの電動機の回転軸に装着した羽根車とを備えたジェットファンを複数台用いたトンネル換気システムにおいて、
必要換気量を算出する換気量算出手段と、
必要換気量に応じてジェットファンに回転数指令を発する制御手段とを有し、
前記制御手段は、各ジェットファンの最大効率時の出力風量を記憶し、
各ジェットファンに対して運転指令を発するときには、ジェットファンの運転風量の積算値が必要換気量よりも大きくなるように、かつ、各ジェットファンの効率が一定以上となるように運転指令するトンネル換気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路トンネルなどの縦流換気に使用されるジェットファンを用いた換気システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車道路トンネル内の天井に複数台設置され使用されるジェットファンは、筒型ケーシング内にモータが内装され、このモータの軸に羽根車が取り付けられている。モータは、両軸モータを用いたもので、それぞれの軸端部に羽根車が取り付けられた２段構成となっている。ジェットファンは、この羽根車を電動機により回転駆動させることにより、トンネル内に縦流の空気流を発生させることで、トンネル内を換気する機能を有するものである。このような構造からなるジェットファンを通常は、トンネル内の環境や交通状況により決定される必要換気量に対して、複数台運転させることで、トンネル内の換気を行っていた。また、トンネル内で発生した火災などの非常時においては、その被害を最小限に抑えるために、ジェットファンの吹き出し方向やその台数を制御することで風量を調整した運転が行われていた。また、例えば特許文献１では、ジェットファンをインバータ制御で運転している。
【０００３】
このような場合、トンネル全体の換気制御としては、複数台のジェットファンの運転台数を制御する台数制御で行っている。また、それぞれのジェットファンは、全て同一の風量で運転している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５７−１１９９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来の換気システムでは、自動車道路トンネル換気用ジェットファンは、トンネル天井に吊り下げ状態で設置されており、必要な換気量に対して、その複数台のジェットファンを運転させることで、実現させている。しかし、その運転制御は、台数制御で行っており、またその複数台は全て同一の風量で運転するため、過剰な換気を行っている場合があり、電力を無駄に消費しているという課題を有する。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、自動車道路トンネル換気用ジェットファンにおいて、必要換気量に対して効率良く適切な換気を行う機能を有するジェットファンを提案する。本発明は、道路トンネル内のトンネル天井壁に吊り下げて設置されるジェットファンにおいて、必要換気量に応じて運転されるジェットファンを高効率で運転できる道路トンネル用換気システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の道路トンネル用ジェットファンによる換気システムは上記目的を達成するために、道路トンネルの天井に設置され、円筒状ケーシング内に電動機とこの電動機の回転軸に装着した羽根車とを備えたジェットファンを複数台用いたトンネル換気システムにおいて、必要換気量を算出する換気量算出手段と、必要換気量に応じてジェットファンに回転数指令を発する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記各ジェットファンの最大効率時の出力風量を記憶し、前記各ジェットファンに対して運転指令を発するときには、前記ジェットファンの運転風量の積算値が必要換気量よりも大きくなるように、かつ、前記各ジェットファンの最大効率点で運転するように指令するトンネル換気システムである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、道路トンネル用ジェットファンによる換気システムは上記目的を達成するために、道路トンネルの天井に設置され、円筒状ケーシング内に電動機とこの電動機の回転軸に装着した羽根車とを備えたジェットファンを複数台用いたトンネル換気システムにおいて、必要換気量を算出する換気量算出手段と、必要換気量に応じてジェットファンに回転数指令を発する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記各ジェットファンの最大効率時の出力風量を記憶し、前記各ジェットファンに対して運転指令を発するときには、前記ジェットファンの運転風量の積算値が必要換気量よりも大きくなるように、かつ、前記各ジェットファンの最大効率点で運転するように指令するトンネル換気システムにより、必要換気量に対して、ジェットファンの高効率な運転が可能であり、運転電力の省エネが図れるという効果のある道路トンネル用ジェットファンによる換気システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１のジェットファンの構造図
【図２】同道路トンネル換気システムのブロック図
【図３】同ジェットファンのインバータ駆動時の効率曲線（周波数−効率曲線）図
【図４】同ジェットファンのインバータ駆動性能曲線（周波数−電力曲線）図
【図５】同道路トンネル換気システムの運転台数決定フローチャート
【図６】本発明のさらに別の実施の形態を示す運転台数決定フローチャート
【図７】本発明のさらに別の実施の形態を示す運転台数決定フローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の請求項１記載の道路トンネル用ジェットファンによる換気システムは、
道路トンネルの天井に設置され、円筒状ケーシング内に電動機とこの電動機の回転軸に装着した羽根車とを備えたジェットファンを複数台用いたトンネル換気システムにおいて、必要換気量を算出する換気量算出手段と、必要換気量に応じてジェットファンに回転数指令を発する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記各ジェットファンの最大効率時の出力風量を記憶し、前記各ジェットファンに対して運転指令を発するときには、前記ジェットファンの運転風量の積算値が必要換気量よりも大きくなるように、かつ、前記各ジェットファンの最大効率点で運転するように指令するトンネル換気システムであり、全体的な換気風量の過剰を抑制しつつ、効率良い換気を実現することができるという作用を有する。
【００１１】
また、他の手段は、前記制御手段は、前記各ジェットファンが同一の定格性能を有している場合には、最大効率で運転した場合の運転風量の倍数が必要換気量よりも大きくなるように、前記各ジェットファンを運転するように指令するトンネル換気システムであり、全体的な換気風量の過剰を抑制しつつ、効率良い換気を実現することができるという作用を有する。
【００１２】
また、他の手段は、前記制御手段は、各ジェットファンの最大効率時の出力風量を記憶し、各ジェットファンに対して運転指令を発するときには、ジェットファンの運転風量の積算値が必要換気量よりも大きくなるように、かつ、各ジェットファンの効率が一定以上となるように運転指令するトンネル換気システムであり、全体的な換気風量の過剰を抑制しつつ、効率良い換気を実現することができるという作用を有する。
【００１３】
以下、本発明の実施例について図を参照しながら説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１に示すように、道路トンネル（以下、トンネル９）の天井に複数台設置されるジェットファン１は、筒型ケーシング１０１内にモータ１０２が内装され、このモータ１０２の軸に羽根車１０３が取り付けられている。モータ１０２は、両軸モータを用いたもので、それぞれの軸端部に羽根車１０３が取り付けられて二段構成となっている。
【００１５】
ジェットファン１は、図２に示すようにトンネル９の天井に縦断方向に設置され、羽根車１０３をモータ１０２により回転駆動させることにより、トンネル９内に縦流の空気流を発生させ、トンネル内の換気を行っている。
【００１６】
また、ジェットファン１は、回転数可変装置３（具体的には、インバータ装置を搭載したインバータ起動盤）に接続されることにより、運転されている。
【００１７】
換気制御装置２では、トンネル９内の環境測定結果から換気量算出手段となる必要換気量演算部２ａ（必要換気量は外部で演算され入力されても可）により必要換気量を算出し、制御手段２ｂで必要換気量に応じたジェットファン１の運転方式（運転台数、運転周波数、送風方向）を決定し、回転数可変装置３にジェットファン１の運転指示を行う。
【００１８】
トンネル９内の環境を測定する装置としては、一般的に、煙霧透過率測定装置５、風向風速測定装置６、一酸化炭素測定装置７、交通量測定装置（図示せず）などが設置されている。
【００１９】
ここで、本願発明の最も特徴的な部分を説明する。すなわち、本発明のトンネル換気システムは、必要換気量に対して、各ジェットファン１に回転数指令を発する制御手段２ｂでは、各ジェットファン１の最大効率時の出力風量を記憶しており、各ジェットファン１に対して運転指令を発するときには、各ジェットファン１の運転風量の積算値が必要換気量よりも大きくなるように、かつ、各ジェットファン１の最大効率点で運転するように指令するものである。この制御方式により、トンネル９の換気量を確保しつつ、消費エネルギーの少ない換気システムを構築することができる。
【００２０】
このトンネル換気システムの制御方法を説明するにあたり、ジェットファン１を運転したときの周波数に対する運転効率の関係を図３に示す。図３において、効率ｋ１と周波数Ｆ１の交点がジェットファン１の最大効率点である。
【００２１】
そして、ジェットファン１の効率ηは次の式により求められる。
【００２２】
効率η（％）＝（空気動力Ｌｔ／軸動力Ｌ）×１００  ・・・・・（１）
空気動力Ｌｔ＝（風量Ｑ×全圧Ｐ）／１０００        ・・・・・（２）
また、回転数可変装置３でジェットファン１を運転したときの周波数に対する軸動力（電力）の関係を図４に示す。軸動力は、回転数の３乗に比例する関係となるので、回転数を抑えて運転することは、運転電力の省エネが図れることがわかる。
【００２３】
この換気システムについてさらに詳しく説明する。
【００２４】
このジェットファン１を用いた換気システムは、図２に示すように、トンネル９の天井に設けられた複数台のジェットファン１と、トンネル電気室４内に設けられた、換気制御装置２、回転数可変装置３とで構成されている。この回転数可変装置３は各ジェットファン１に接続されている。この回転数可変装置３によって、ジェットファン１の回転数制御を行う。また、換気制御装置２の必要換気量演算部２ａでは、トンネル９内の空気の汚染状況、トンネル９内の交通状況に応じた必要換気量を算出している。そして、この必要換気量を確保するために制御手段２ｂにおいてジェットファン１の運転台数と回転数可変装置３での運転周波数、送風方向を決定し、ジェットファン１の運転制御を行っている。
【００２５】
ここで、必要換気量とは、トンネル９内を通過するドライバーのある一定の視界を確保するために、必要な新鮮空気（外気）の量のことである。詳細な説明は省略するが、トンネル９の換気は、自動車等の通行量による交通換気力、トンネル９外の外風による自然換気力、トンネル９内に設置されたジェットファン１による機械換気力によって行われる。ここでこのジェットファン１による機械換気力はジェットファン１の推力によるものである。トンネル９の必要換気量は、自動車等が排出するガスによる粉塵濃度に応じた煙霧透過率にて算出される。機械換気力（ジェットファン１の推力）は、算出された必要換気量からそのときの自然換気力、交通換気力を引いて求められる。すなわち、ジェットファンは自然換気力、交通換気力だけでは換気ができなく、機械換気力による換気が必要になった場合に運転される。この機械換気力に応じて、ジェットファンの運転台数、運転周波数が求められるのである。なお、煙霧透過率測定装置５のＶＩ値、一酸化炭素測定装置７のＣＯ値が規定の範囲を超えた場合や、火災発生時においてなどは、強制的に全数のジェットファンを運転させることもある。
【００２６】
次に、ジェットファン１の運転台数を出力する方法について、図５のフローチャートを用いて説明する。まず、上記方法にて算出された必要換気量を満足する推力Ｑを得るためには、最大効率点でジェットファン１をｎ台を運転した場合の積算推力Ｑtが必要である。
【００２７】
まず、起動順番が１番に設定されているジェットファンの最大効率点の推力Ｑ1をＱtに代入する。このＱtと必要換気量を満足する推力Ｑと比較し、Ｑ≦Ｑtの判定がＮＯとなる場合には、Ｑtに次の起動順位に設定されているジェットファンの最大効率点の推力ＱnをＱtに加算する。この加算を繰り返し、初めてＱ≦ＱtとなったときのＱtに加算されたジェットファン１の台数、かつ、最大効率点でジェットファン１の運転を行う。このときジェットファンの最大効率点の推力Ｑ1〜Ｑnは、あらかじめ記憶されているものとする。
【００２８】
このような運転方式によれば、必要換気風量に対して、複数のジェットファン１の高効率な運転が可能であり、全体的な換気風量の過剰を抑制しつつ、効率良い換気を実現することができる。
【００２９】
（実施の形態２）
図６は、トンネル換気に使用されるジェットファン１が全て同一の定格性能を有している場合の、ジェットファン１の運転台数を出力する方法を示したフローチャートである。図６では、必要換気量を満足する推力Ｑとジェットファンの最大効率点の推力Ｑ1の商ｎ＝Ｑ／Ｑ1を求める。このとき商ｎの少数が０であればジェットファン運転台数をｎとし、０以外のときはジェットファン運転台数をｎ＋１の正数台とし、かつ、最大効率点でジェットファン１の運転を行う。
【００３０】
このような運転方式によれば、必要換気風量に対して、複数のジェットファン１の高効率な運転が可能であり、全体的な換気風量の過剰を抑制しつつ、効率良い換気を実現することができる。
【００３１】
（実施の形態３）
図７は、トンネル換気に使用されるジェットファン１の効率が一定以上となるように運転指令する場合の、ジェットファン１の運転台数を出力する方法を示したフローチャートである。図７では、起動順番が１番に設定されているジェットファンの効率が一定以上となる推力Ｑｋ２1（図３に示すｋ２効率点の推力）をＱtに代入する。このＱtと必要換気量を満足する推力Ｑと比較し、Ｑ＜Ｑtの判定がＮＯとなる場合には、Ｑtに次の起動順位に設定されているジェットファンの効率が一定以上となる推力Ｑｋ２nを加算する。この加算を繰り返し、Ｑ＜Ｑtとなる１つ前のジェットファン台数を運転台数とし、この運転台数での積算推力をＱtXとする。このときの積算推力ＱtXと必要推力Ｑとの差ΔＱを求め、積算推力ＱtXにΔＱ分の推力補正を行う。
【００３２】
ΔＱ＝Ｑ−ＱtX                    ・・・・・・（３）
ＱtX＝ＱtX＋（ΔＱ／ＱtX）×ＱtX    ・・・・・・（４）
上記により求められた運転台数と積算推力にてジェットファン１の運転を行う。
【００３３】
このような運転方式によれば、必要換気風量に対して、複数のジェットファン１の高効率な運転が可能であり、全体的な換気風量の過剰を抑制しつつ、効率良い換気を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、道路トンネル用ジェットファンを用いた換気システムに用いることが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１    ジェットファン
２    換気制御装置
２ａ  必要換気量演算部
２ｂ  制御手段
３    回転数可変装置（インバータ起動盤）
４    トンネル電気室
５    煙霧透過率測定装置（ＶＩ計）
６    風向風速測定装置（ＡＶ計）
７    一酸化炭素測定装置（ＣＯ計）
９    トンネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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